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低轨道卫星扩频通信中快速码捕获技术研究

作　者: 国世超
导　师: 韩方景
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 军事通信学
关键词: 低轨卫星直接序列扩频数字匹配滤波器码捕获二维搜索部分相关器频偏估计 FFT校频
分类号: TN914.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着科学技术的发展,低轨道(LEO)卫星通信由于其具有发射功率低,传输损耗低,传输时间短,轨道资源丰富等特点,、越来越受到人们的关注。由于直接序列扩频(DSSS)具有抗干扰能力强、截获概率低、多址能力强、抗多径和保密性好等优点,通常被用于低轨道卫星通信体制。由于卫星相对地球具有很大的径向速度和加速度,使接收信号附加了很大的多普勒频率偏移；又由于它过境时间短,所以要求能够快速地捕获伪码。常规捕获方法为多普勒频率—伪码相位二维搜索,在多普勒频率较大的情况下捕获性能急剧恶化,甚至难以实现捕获。因此,需要寻找能够在大多普勒频率存在条件下的捕获方法。本文首先分析了数字匹配滤波(DMF)法在高斯信道与频偏条件下的伪码捕获检测概率、虚警概率和平均捕获时间,然后给出了频偏条件下的四种搜索策略。最后以低轨卫星通信为应用背景,给出两种适用于大频偏条件下PN码快速捕获方法。一种是FFT辅助的部分相关伪码快捕方法,该方法能够在同一时刻对所有频点进行搜索。另一种方法是利用复向量的FFT对载波频差进行较高精度的估计,该方法将码相位—多普勒频率的二维搜索简化为码相位的一维搜索,利用数字匹配滤波器的PN码快捕特性及其输出相关峰值的抗频偏特性,缩短了捕获时间。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-20
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 卫星通信发展历史和现状  12-13
  1.3 扩频通信原理  13-18
    1.3.1 扩频通信概念  13-14
    1.3.2 扩频通信的特点  14-15
    1.3.3 扩频通信系统的分类  15-16
    1.3.4 直扩通信系统模型  16-18
  1.4 主要设计指标及重要参数  18
  1.5 本文的主要工作及内容安排  18-20
第二章 PN码同步技术  20-30
  2.1 PN序列及其性质  20-23
    2.1.1 PN序列  20-21
    2.1.2 PN序列的部分相关特性  21-23
  2.2 PN码同步过程  23-25
  2.3 PN码捕获的常用方法  25-29
    2.3.1 滑动相关法  25-26
    2.3.2 匹配滤波器法  26-28
    2.3.3 序列估计法  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章基于数字匹配滤波器的伪码捕获技术  30-46
  3.1 数字匹配滤波器的基本结构  30-32
    3.1.1 多输入匹配滤波结构  30-31
    3.1.2 单输入加法匹配滤波结构  31-32
  3.2 分段并行匹配滤波结构  32-33
  3.3 高斯白噪声条件下伪码捕获性能分析  33-37
    3.3.1 非相干同步接收原理  33
    3.3.2 检测概率和虚警概率  33-35
    3.3.3 仿真结果与分析  35-37
  3.4 频偏条件下的伪码同步  37-45
    3.4.1 频偏产生原因及影响  37-38
    3.4.2 数字匹配滤波器的抗频偏特性  38-43
    3.4.3 频偏条件下的伪码捕获检测概率和虚警概率  43
    3.4.4 仿真结果与分析  43-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章基于时频域二维搜索的伪码捕获技术  46-64
  4.1 频偏条件下伪码捕获的二维搜索策略  46-47
  4.2 频域串行搜索结构  47-49
  4.3 频域并行搜索结构  49-56
    4.3.1 第一种FFT辅助的部分相关PN码快捕结构  49-52
    4.3.2 第二种FFT辅助的部分相关PN码快捕结构  52-54
    4.3.3 捕获性能分析  54-56
  4.4 基于频偏估计的高动态频率搜索校正技术  56-62
    4.4.1 基于带外单音导频信号的载波频偏估计  56-58
    4.4.2 基于非导频信号的载波频偏估计  58-60
    4.4.3 FFT估计载波频偏的性能分析  60-62
  4.5 本章小结  62-64
第五章结束语  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
作者在学期间取得的学术成果  70

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